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수격현상 방지를 위한 교축밸브의 새로운 제어 방식에 대한 연구
지연화(Yeon-Hwa Ji),최승요(Seung Yo Choi),손영득(Yung-Deug Son) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.12
관로의 유체가 비압축성일 경우 유체의 흐름이 갑작스럽게 변경될 때 수격현상이 발생하게 된다. 관로가 대구경이거나 중요한 배관일 경우 이를 제어하거나 차단하기 위한 에어챔버(Air chamber) 및 서지탱크(Surge Tank) 등 의 수격 완화 장치들을 부가적으로 적용하여 배관의 안정성을 확보하나, 이러한 수격 완화 장치는 고가로, 설치에 제약이 따라 이용되지 않는 관로가 많다. 수충격 발생 원인 중에 관로 상에 유체를 제어하는 용도로 설치된 밸브를 조작할 때 필연적으로 저개도에서 유속이 급격하게 변하는 구간이 발생하며 이로 인해 수격현상이 발생하기도 한다. 본 연구는 관로에 설치된 밸브 조작시 발생되는 수격을 제어하여 관로 내 수격 최소화를 목적으로 연구하였다. 급격한 밸브 제어 시 발생하는 상승서지와 하강서지의 수격주기를 계산하고 중첩시키며 밸브 개도 및 압력변화를 연동시키는 방법으로 다단 제어방식을 구현하여 압력 상승폭을 억제하였으며 발생되는 수충격 완화 효과를 시뮬레이션과 현장 실험을 통해 검증하고 유효성을 확인하였다. Water hammer occurs when the fluid flow is suddenly changed in a pipeline carrying an incompressible fluid. Under such conditions, the stability of a large or important pipe is secured by attaching air chamber and surge tank devices to control or block the pipe. But, these water hammer relief devices are expensive, and several pipelines cannot use these devices due to restrictions on their installation. Usually, water hammer occurs when the valve installed to control the fluid on the pipeline is operated in a way that the flow velocity changes rapidly at a section even with a low opening degree. Hence, this study aimed to minimize the water hammer in the pipeline by controlling the water hammer generated when the valve installed in the pipeline is operated. In this study, the pressure rise range was suppressed by implementing a multi-stage control method. This method calculates and overlaps the water hammer cycles of the rising and falling surges that occur during sudden valve control and links the valve opening and pressure changes. In the end, this paper verified the effectiveness of the proposed method through simulations and experiments.
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